LIPIDY I POCHODNE
Iwona śak
12.
Lipidy sÄ… czÄ…steczkami nierozpuszczalnymi w wodzie, lecz rozpuszczajÄ…-
cymi siÄ™ w rozpuszczalnikach organicznych. Zazwyczaj sÄ… to estry wy\
szych kwa-
sów tłuszczowych z alkoholami jedno- i wielowodorotlenowymi. Niektóre lipidy
sÄ… amidami wy\
szych kwasów tłuszczowych z aminoalkoholami.
Triacyloglicerole to magazyny skondensowanej energii, poniewa\
sÄ… zredu-
kowane i występują w postaci nieuwodnionej. Jeden gram bezwodnego tłuszczu
magazynuje ponad 6-krotnie więcej energii ni\
taka sama ilość uwodnionego gli-
kogenu. Dlatego triacyloglicerole stanowią główny materiał zapasowy u zwierząt.
Mogą być gromadzone w komórkach w znacznych ilościach, nie wywołując efektu
osmotycznego. Du\
e ilości lipidów zmagazynowane są w specjalnie do tego celu
przeznaczonych komórkach (adipocytach) tkanki tłuszczowej, np. u człowieka
tłuszcz ten stanowi około 17% cię\
aru ciała. Zgromadzony tłuszcz stanowi we-
wnątrzkomórkowy zapas paliwa wysokoenergetycznego w organizmie zwierzę-
cym. U dorosłego człowieka o wadze 70 kg zapas tłuszczu wystarczy minimum na
miesiąc normalnej aktywności \
yciowej i jest rzędu 565 000 kJ. Triacyloglicerole
uruchamiane z tych zapasów są transportowane w płynach ustrojowych w postaci
kompleksów lipidowo-białkowych zwanych lipoproteinami, będących formą trans-
portową  paliwa energetycznego. Zapasowe tłuszcze pełnią równie\
innÄ… rolÄ™  te
wokół narządów stanowią poduszki amortyzacyjne, chroniące narządy wewnętrzne
przed uciskiem, wstrząsami i urazami mechanicznymi, natomiast tkanka tłuszczo-
wa podskórna stanowi izolację termiczną ustroju.
Tłuszcze zło\
one są składnikami strukturalnymi wszystkich błon biologicz-
nych. Lipidy pełnią funkcję izolacyjną i ochronną, zarówno u roślin, jak i zwierząt,
czego przykładem mogą być woski. Znaczenie dla organizmu tłuszczów pokarmo-
wych wynika bezpośrednio z dostarczania przez nie wysokoenergetycznych sub-
stratów oddechowych oraz niezbędnych witamin rozpuszczalnych w tłuszczach (A,
D, E, K).
193
Podział lipidów
A. Lipidy proste: estry kwasów tłuszczowych z ró\
nymi alkoholami.
1. Tłuszcze właściwe: estry kwasów tłuszczowych z glicerolem.
2. Woski: estry kwasów tłuszczowych z alkoholami wy\
szymi od glicerolu.
B. Lipidy zło\
one: estry zawierajÄ…ce dodatkowe grupy.
1. Fosfolipidy: estry lub amidy zawierające resztę ortofosforanu, często równie\

zasadę azotową lub inne składniki.
2. Glikolipidy: amidy wy\
szych kwasów tłuszczowych z alkoholem, zawierają-
ce węglowodany, w których obecny jest azot, lecz brak ortofosforanu:
a) cerebrozydy,
b) gangliozydy.
C. Pochodne lipidów.
1. Lipidy izoprenowe.
2. Steroidy.
TA
USZCZE WA
AÅšCIWE
Tłuszcze właściwe, czyli acyloglicerole są estrami wy\
szych kwasów tłusz-
czowych z alkoholem trójwodorotlenowym, glicerolem. Glicerol jest słodką gęstą
cieczą, dobrze rozpuszczalną w wodzie. Atomy węgla w glicerolu numeruje się
cyframi od góry do dołu, tak jak w aldehydzie L-glicerynowym:
H2C OH
C1 Ä… sn-1
HO C H
C2 ² sn-2
H2C OH
C3 Ä… sn-3
glicerol numeracja atomów węgla
Atomy węgla w glicerolu mo\
na oznakować alfabetem greckim, wówczas
skrajne atomy węgla (C1, C3) są ą, natomiast środkowy atom węgla (C2), do któ-
rego przyÅ‚Ä…czona jest drugorzÄ™dowa grupa alkoholowa, jest ². Chocia\
glicerol nie
jest zwiÄ…zkiem optycznie czynnym, to po estryfikacji jego grup hydroksylowych
ró\
nymi kwasami tłuszczowymi, środkowy atom węgla (C2) glicerolu staje się
asymetryczny. W acyloglicerolach drugorzędowa grupa hydroksylowa poło\
ona
jest z lewej strony tego asymetrycznego atomu węgla. Dla oznakowania pozycji
kwasów tłuszczowych stosuje się system numeracji stereospecyficznej (sn), umie-
szczajÄ…c przedrostek  sn przed nazwÄ… reszty glicerolowej np. 1,2,3-triacylo-sn-gli-
cerol.
194
Glicerol powstaje w organizmie z fosfodihydroksyacetonu. Po fosforylacji
do fosfoglicerolu mo\
e być przekształcony w fosfodihydroksyaceton. Pochodną
glicerolu jest nitrogliceryna, czyli triazotan glicerolu, będący silnym materiałem
wybuchowym.
H2C O NO2
HC O NO2
H2C O NO2
nitrogliceryna
Związek ten, wprowadzony do organizmu, powoduje rozszerzenie naczyń
krwionośnych, dlatego ma zastosowanie w lecznictwie do łagodzenia ataków dusz-
nicy bolesnej.
Acyloglicerole są głównymi składnikami tłuszczów zapasowych.
monoacyloglicerole
O
OH
O H2C
O C R
H2C
R C O C H
HO C H
OH
H2C
OH
H2C
1-acylo-sn-glicerol 2-acylo-sn-glicerol
diacyloglicerole
O O
H2C O C R1
O C O C R1
H2
HO C H O
R2 C O C H
H2C C R2
C OH O
H2
1,2-diacylo-sn-glicerol 1,3-diacylo-sn-glicerol
triacyloglicerole
O
O
O H2C O C (CH2)14 CH3
O H2C O C (CH2)16 CH3
CH3(CH2)14C O C H O
CH3(CH2)7CH CH(CH2)7C O C H O
H2C O C (CH2)14 CH3
H2C O C (CH2)14 CH3
1-stearoilo-2-oleilo-3-palmitoilo-sn-glicerol
1,2,3-tripalmitoilo-sn-glicerol
(mieszany)
(prosty)
Triacyloglicerole przewa\
ają znacznie ilościowo nad diacyloglicerolami
i monoacyloglicerolami.
195
Triacyloglicerole proste zawierają jeden rodzaj kwasu tłuszczowego we
wszystkich trzech pozycjach glicerolu, jak np. w tripalmitoiloglicerolu. Triacylo-
glicerole mieszane zawierają dwa lub trzy ró\
ne kwasy tłuszczowe, dlatego mogą
występować w wielu ró\
nych formach molekularnych. Większość naturalnych
tłuszczów stanowi zło\
one mieszaniny triacylogliceroli prostych i mieszanych.
Triacyloglicerole sÄ… hydrofobowe, nierozpuszczalne w wodzie, nie tworzÄ…
rozproszonych miceli, sÄ… natomiast rozpuszczalne w chloroformie, benzenie, eterze
i gorÄ…cym etanolu. Monoacyloglicerole i diacyloglicerole, poniewa\
posiadajÄ…
wolne grupy hydroksylowe o charakterze polarnym, mają zdolność tworzenia mi-
celi.
Triacyloglicerole, które zawierają długołańcuchowe, nasycone kwasy tłusz-
czowe są substancjami stałymi, jak np. tristearoilo-sn-glicerol, natomiast te zawie-
rające nienasycone kwasy tłuszczowe są cieczami.
Tłuszcze zwierzęce mają więcej kwasów nasyconych i dlatego w temperatu-
rze pokojowej ich konsystencja jest stała.
Oleje roślinne są ciekłe w temperaturze pokojowej, poniewa\
zawierajÄ…
znacznie więcej kwasów nienasyconych. Obni\
enie temperatury topnienia tłusz-
czów przez kwasy nienasycone jest konsekwencją zgiętego kształtu ich łańcuchów
węglowodorowych.
O
O C
H2C
O
H C O C
O
O C
H2C
1-stearoilo-2,3-dioleilo-sn-glicerol
Zgięte łańcuchy nie wypełniają szczelnie przestrzeni  tak jak łańcuchy
wyprostowane nasyconych kwasów  co pociąga za sobą zmniejszenie oddzia-
ływań międzycząsteczkowych i temperatury topnienia.
196
O
O C
H2C
O
H C O C
O
O C
H2C
1,2,3-tristearoilo-sn-glicerol
Oleje roślinne mogą być utwardzone skutkiem uwodornienia, czyli prze-
kształcone w tłuszcze stałe na podobieństwo tłuszczy zwierzęcych, co ma miejsce
np. podczas produkcji margaryny.
WOSKI
Woski, pod względem struktury i właściwości, są blisko spokrewnione
z acyloglicerolami. Mają konsystencję stałą i nie rozpuszczają się w wodzie. Są to
estry wy\
szych, nasyconych kwasów tłuszczowych z długołańcuchowymi alkoho-
lami jednowodorotlenowymi lub pierścieniowymi sterolami. U zwierząt, woski
tworzą warstwy ochronnej na skórze, sierści i piórach, podobnie jak u roślin na
liściach i owocach.
Lanolina to tłuszcz wełny owczej, który jest mieszaniną zawierającą estry
wy\
szych kwasów tłuszczowych ze sterolami: lanosterolem i agnosterolem oraz
estry kwasów tłuszczowych z wy\
szymi nienasyconymi alkoholami jednowodoro-
tlenowymi.
O
C O
palmitoilolanosterol
Lanolina jest dobrze wchłaniana przez skórę, dlatego stosuje się ją do wyro-
bu maści i kosmetyków.
Olbrot to wosk z czaszki kaszalota i innych wielorybów. W jego skład
wchodzi głównie ester cetylowy kwasu palmitynowego, choć obecne są równie\

estry cetylowe kwasu mirystynowego oraz kwasu laurynowego. U\
ywany jest
w kosmetyce oraz do wyrobu świec i past do podłóg.
197
O
CH3 (CH2)15 O C (CH2)14 CH3
palmitynian cetylowy
Wosk pszczeli to mieszanina estrów wy\
szych kwasów tłuszczowych z dłu-
gołańcuchowymi (C30 34) alkoholami, składa się głównie z melisynianu mirycy-
lowego, cerotynianu mirycylowego i palmitynianu mirycylowego.
O
CH3 (CH2)29 O C (CH2)28 CH3
melisynian mirycylowy
O
CH3 (CH2)29 O C (CH2)24 CH3
cerotynian mirycylowy
FOSFOLIPIDY
Fosfolipidy, główne składniki błon biologicznych, występują w znacznych
ilościach w organizmach zwierzęcych, natomiast u roślin stanowią niewielki pro-
cent ich suchej masy.
Fosfolipidy to tłuszczowce zawierające w swej strukturze ortofosforan połą-
czony wiÄ…zaniem estrowym. W zale\
ności od rodzaju alkoholu obecnego w fosfo-
lipidach wyró\
nia siÄ™ glicerofosfolipidy zawierajÄ…ce glicerol oraz sfingofosfolipidy
zawierajÄ…ce sfingozynÄ™.
Glicerofosfolipidy
Glicerofosfolipidy są zbudowane z czterech składników: trójwęglowego
rdzenia glicerolu, dwóch acyli połączonych wiązaniami estrowymi z atomami C1
i C2 glicerolu oraz ortofosforanu. Ortofosforan jest połączony wiązaniem fosfodie-
strowym z atomem C3 glicerolu i z grupÄ… hydroksylowÄ… innego alkoholu. Alkoho-
lem tym mo\
e być cholina, etanoloamina (kolamina), seryna, inozytol lub te\
glice-
rol. Dwa łańcuchy kwasów tłuszczowych, które są obecne w glicerofosfolipidach
nie sÄ… identyczne, zwykle przy atomie C2 glicerolu znajduje siÄ™ wy\
szy kwas
tłuszczowy nienasycony, z jednym, dwoma lub większą liczbą wiązań podwój-
nych, często jest nim kwas arachidonowy.
Najprostszym glicerofosfolipidem jest kwas fosfatydowy, czyli sn-3-fosfo-
diacyloglicerol, który w stanie wolnym rzadko występuje w organizmie, natomiast
198
jego estrami sÄ… wszystkie inne glicerofosfolipidy. Nale\
Ä… do nich fosfatydylocholi-
na (lecytyna), fosfatydyloetanoloamina (kefalina kolaminowa), fosfatydyloseryna
(kefalina serynowa), fosfatydyloinozytol (kefalina inozytolowa), fosfatydyloglice-
rol i difosfatydyloglicerol, czyli kardiolipina. Kardiolipina wyodrębniona z mięś-
nia sercowego jest podstawowym składnikiem wewnętrznych błon mitochondrial-
nych.
O O
O H2C O C R O C O C R
H2
R C O C H O- R C O C H H H
O
CH3
+
H2C O P O H2C O P O C C N CH3
CH3
O- H H
O-
kwas fosfatydowy fosfatydylocholina (lecytyna)
O O
O C O C R O C O C R
H2 H2
R C O C H H H R C O C H H H
O O
+ +
H2C O P O C C NH3 H2C O P O C C NH3
-
O- H H O- H
COO
fosfatydyloetanoloamina fosfatydyloseryna
(kefalina kolaminowa) (kefalina serynowa)
O
O
O H2C O C R
O H2C O C R1
R C O C H O OH OH
R2 C O C H O
2
H2C O P O 3
H2C O P O CH2
1 4
-
HO
O
O- HO C H
6
5
OH
CH2OH
OH
fosfatydyloinozytol
fosfatydyloglicerol
(kefalina inozytolowa)
O O
R C O CH2 H2C O C R
R C O CH O H O HC O C R
O H2C O P O CH2 C CH2 O P O CH2 O
- -
O OH O
difosfatydyloglicerol
(kardiolipina)
199
Glicerofosfolipidy hydrolizowane są przez specyficzne fosfolipazy, które
podzielono na cztery grupy: A1, A2, C i D, w zale\
ności od rodzaju i poło\
enia
wiązania w obrębie cząsteczki fosfolipidu, na które działają.
Fosfolipaza A1 hydrolizuje wiązanie estrowe przy pierwszorzędowym ato-
mie węgla C1 glicerofosfolipidów. Fosfolipaza A2 hydrolizuje wiązanie estrowe
przy drugorzędowym atomie węgla C2 glicerofosfolipidów, uwalniając odpowied-
ni lizofosfolipid (np. lizofosfatydylocholinÄ™) i wolny wy\
szy kwas tłuszczowy.
CH
-
WiÄ…zania w fosfolipidach hydrolizowane przez fosfolipazy
Lizofosfolipidy powodują hemolizę erytrocytów, która następuje np. po uką-
szeniu przez wÄ™\
e lub pszczoły; w ich jadzie znajduje się fosfolipaza A2.
Lizofosfatydylocholina mo\
e tak\
e powstać bez udziału fosfolipazy A2, lecz w
obecności acylotransferazy lecytyna:cholesterol (LCAT), enzymu, który przenosi
resztÄ™ acylowÄ… z pozycji C2 lecytyny na cholesterol, wytwarzajÄ…c acylocholesterol.
W ten sposób powstają estry cholesterolu występujące w lipoproteinach.
Fosfolipaza D hydrolizuje wiÄ…zanie fosfoestrowe z zasadÄ…, uwalniajÄ…c kwas
fosfatydowy i zasadÄ™ azotowÄ….
Fosfolipazy, poza funkcjami trawiennymi, mogÄ… tak\
e uruchamiać powsta-
wanie bardzo aktywnych cząsteczek sygnałowych lub ich bezpośrednich prekurso-
rów. Fosfolipaza A2 uwalnia np. kwas arachidonowy, który jest bezpośrednim pre-
kursorem prostaglandyn, leukotrienów i tromboksanów, natomiast fosfolipaza C
uwalnia dwa wtórne przekaz
niki informacji hormonalnej.
Wśród glicerofosfolipidów błonowych występują takie, które poza funkcją
budulcową błon pełnią równie\
rolę substancji macierzystych związków biologicz-
nie czynnych o charakterze wtórnych przekaz
ników. Nale\
Ä… do nich fosfolipidy
inozytolowe, które zawierają kwas stearynowy w pozycji sn-1 i kwas arachidono-
wy w pozycji sn-2 glicerolu.
200
Fosfatydyloinozytol błonowy jest jedynym znanym fosfolipidem, który
w obecności ATP i określonych kinaz ulega fosforylacji do fosfatydyloinozytolo-
-4,5-difosforanu, z którego powstają wtórne przekaz
niki informacji hormonalnej.
Pod wpływem substancji sygnałowej (hormonu), działającej poprzez układ efekto-
rowy fosfolipazy C, następuje hydroliza fosfatydyloinozytolo-4,5-difosforanu,
uwalniająca dwa wtórne przekaz
niki informacji hormonalnej: 1,2-diacyloglicerol
(DAG) i 1,4,5-trifosforan inozytolu (IP3).
O
(s tearynian)
O H2C O C R
(arachidonian)
R C O C H O
O
-
H2C O P O
-O P O-
4,5-bis fos foran
fos fatydyloinozytolu O O
6 5
[PIP2]
OH
1 HO 4
OH
2 3
O
-O P O-
O
fos folipaza C
R R O
-
-O P O- O
O C C O
-O P O
O O
-
O
O
H2C C CH2OH
6 5
H
OH
1 4
OH HO
diacyloglicerol
2 3
O
[D AG]
-O P O-
O
1,4,5,-trifos foran
inozytolu
[IP3]
Powstawanie DAG i IP3
Diacyloglicerol (DAG) pozostaje w błonie i pełni funkcję naturalnego ak-
tywatora kinazy białkowej C, która fosforylując swoiste białka, uruchamia szlak
przemian właściwy dla komórki efektorowej, np. mo\
e aktywować wymianę jo-
nów H+ pochodzących z wnętrza komórki na jony Na+ pozakomórkowe, doprowa-
dzajÄ…c do wzrostu pH cytoplazmy.
DAG jest szybko metabolizowany albo z udziałem fosfolipazy A2, albo ule-
ga fosforylacji do kwasu fosfatydowego, z którego ostatecznie odtwarzany jest
fosfatydyloinozytol.
201
Drugi, wtórny przekaz
nik, 1,4,5-trifosforan inozytolu (IP3), uwolniony
z błony dostaje się do cytoplazmy i otwiera wewnątrzkomórkowe kanały wapnio-
we w siateczce śródplazmatycznej, uwalniając jony Ca++ do cytoplazmy. Z drugiej
strony, IP3 mo\
e być fosforylowany do 1,3,4,5-tetrafosforanu inozytolu (IP4),
który z kolei powoduje otwarcie kanałów wapniowych w błonie plazmatycznej
komórki i umo\
liwia napływ pozakomórkowych jonów Ca++ do wnętrza komórki.
Degradacja tych wtórnych przekaz
ników polega na kolejnych reakcjach de-
fosforylacji, a\
do fosforanu inozytolu i inozytolu. TÄ™ ostatniÄ… reakcjÄ™ defosforyla-
cji (przejście fosforanu inozytolu do inozytolu) hamują jony litu. Wśród glicerofos-
folipidów znajdują się równie\
fosfolipidy eterowe, w strukturze których, poza
wiązaniami estrowymi, występują równie\
wiÄ…zania eterowe. Nale\
Ä… do nich pla-
zmalogeny, np. cholinowe, kolaminowe oraz czynnik aktywujący płytki krwi.
H H H H
O C O C C R1 C O C C R1
H2 H2
- -
R C O CH O R C O CH O
CH3
+ +
C O P O CH2 CH2 NH3 C O P O CH2 CH2 N CH3
H2 O H2
CH3
O O
plazmalogen kolaminowy plazmalogen cholinowy
R1-aldehyd heksadekanowy lub
oktadekanowy
W plazmalogenach, w odró\
nieniu od typowych glicerofosfolipidów, wystę-
puje długołańcuchowy aldehyd w formie enolowej, zazwyczaj jest nim aldehyd
heksadekanowy lub oktadekanowy, połączony z atomem C1 glicerolu wiązaniem
eterowym.
C O CH2 CH2 )13 CH3
H2 (CH2
CH3 C O CH O-
CH3
+
C O P O CH2 CH2 N CH3
O H2
CH3
O
czynnik aktywujący płytki
Czynnik aktywujący płytki krwi jest 1-alkilo-2-acetyloeterowym analogiem
fosfatydylocholiny, który ju\
w stÄ™\
eniu subnanomolowym powoduje agregacjÄ™
płytek krwi i rozszerzenie naczyń krwionośnych.
202
Sfingofosfolipidy
Sfingofosfolipidy są amidami długołańcuchowych kwasów tłuszczowych
i sfingozyny, które dodatkowo zawierają ortofosforan, a tak\
e cholinÄ™. Sfingozy-
na jest długołańcuchowym, jednonienasyconym, aminoalkoholem dihydroksylowym,
o wzorze sumarycznym C18H36O2. N-acylosfingozyna nazywa siÄ™ ceramidem, bÄ™-
dącym prekursorem sfingomielin i glikolipidów sfingozynowych. W ceramidzie
reszta kwasu tłuszczowego połączona jest wiązaniem amidowym (peptydowym) ze
sfingozynÄ…. Ceramid zestryfikowany fosfocholinÄ… jest sfingomielinÄ…, jedynym
przedstawicielem sfingofosfolipidów.
H H H H H H
H3C (CH2)12 C C C C CH2 OH
C )12 C C C C CH2 OH
H3 (CH2
H OH
H OH
+
H N
NH3
C O
R
sfingozyna ceramid (N-acylosfingozyna)
H H H O
CH3
+
H3C (CH2)12 C C C C CH2 O P O (CH2)2 N CH3
-
CH3
O
H OH
H N
C O
R
sfingomielina
Sfingomieliny mogą ró\
nić się między sobą rodzajem reszty kwasu tłusz-
czowego, przyłączonego do sfingozyny. Mogą to być reszty kwasów stearynowe-
go, palmitynowego, lignocerynowego lub nerwonowego, zwykle jednak przewa\
a-
ją kwasy tłuszczowe nasycone. Sfingomieliny pochodzące z ró\
nych z
ródeł ró\
niÄ…
się acylem, np. sfingomieliny pochodzące z tkanki nerwowej najczęściej mają
kwas stearynowy, natomiast z wÄ…troby kwas palmitynowy. Sfingomieliny szcze-
gólnie obficie występują w osłonkach mielinowych włókien nerwowych, stanowią
dobre izolatory tkanki nerwowej. SÄ… bardziej odporne na utlenianie ni\
lecytyny
i kefaliny. Wynika to z niskiej zawartości kwasów monoenowych i praktycznie
braku kwasów polienowych w strukturze sfingomieliny.
203
GLIKOLIPIDY
Wśród glikolipidów mających istotne znaczenie w budowie błon biologicz-
nych sÄ… glikosfingolipidy. Nale\
Ä… do nich cerebrozydy, zbudowane z ceramidu
i reszty monocukrowej, np. galaktopiranozy lub glukopiranozy. Poszczególne ce-
rebrozydy ró\
nią się między sobą rodzajem kwasu tłuszczowego, który w nich
występuje.
HO CH2
H H H
O
H3C (CH2)12 C C C C CH2 O OH
H OH HO
H N
OH
C O
R
galaktocerebrozyd
W przykładowych cerebrozydach nazywanych: cerebron  obecny jest kwas
cerebronowy; nerwon  kwas nerwonowy; kerazyn  kwas lignocerynowy. Po-
wszechnie występują przede wszystkim w tkance nerwowej mózgowia.
HOCH2
H H H
O
OH
H3C (CH2)12 C C C C CH2 O
O
H OH
-
SO3
H N
OH
C O
R
3-O-sulfogalaktocerebrozyd
Cerebrozydy mogą występować równie\
w postaci estrów siarczanowych,
tak jak przedstawiony 3-O-sulfogalaktocerebrozyd, który jest przedstawicielem
sulfoglikozylosfingolipidów, czyli sulfolipidów.
Poszczególne sulfolipidy ró\
nią się resztą kwasu tłuszczowego, połączonego
ze sfingozyną, mogą to być acyle od 14 do 26 atomów węgla w łańcuchu. Zazwy-
czaj są nimi kwasy 24-węglowe, np. kwas nerwonowy i lignocerynowy.
Gangliozydy, czyli sjalozyloglikozylosfingolipidy, tym ró\
niÄ… siÄ™ od cere-
brozydów, \
e zamiast pojedynczej reszty monocukrowej, zwykle zawierajÄ… mniej
lub bardziej rozbudowany oligosacharyd, w którym zawsze występują reszty kwa-
sów sjalowych, tak jak np. w disjalogangliozydzie przedstawionym poni\
ej.
204
SA SA
H H H
Ä… 2,3 Ä… 2,3
CH2 1Glc4 1Gal4 1GalNAc3 1Gal
H3C (CH2)12 C C C C O
H OH
H N
C O
R
disjalogangliozyd
Najbardziej typowym kwasem występującym w gangliozydach jest kwas
stearynowy, natomiast rzadziej występują kwasy nerwonowy i lignocerynowy.
Gangliozydy w znacznych ilościach są obecne w substancji szarej mózgowia.
Pojedyncze cząsteczki lipidów zło\
onych mają dwie odmienne własności,
z jednej strony sÄ… hydrofilowe (wykazujÄ…ce powinowactwo do wody), a z drugiej
hydrofobowe (nie tolerujące wody, lecz wykazujące powinowactwo do środowiska
hydrofobowego). Cząsteczki takie nazywane są amfipatycznymi. W lipidach zło-
\
onych charakter hydrofilowy nadają naładowane atomy lub grupy o nierówno-
miernie rozmieszczonych dodatnich i ujemnych ładunkach (grupy polarne), które
tworzÄ… wiÄ…zania elektrostatyczne lub wodorowe z czÄ…steczkami wody. W fosfoli-
pidach są to fosfocholina, fosfoetanoloamina, fosfoseryna, fosfoinozytol, które
stanowią hydrofilową głowę pojedynczej cząsteczki. W glikolipidach hydrofilowe
głowy stanowią reszty węglowodanowe. W lipidach zło\
onych charakter hydrofo-
bowy mają węglowodorowe łańcuchy kwasów tłuszczowych lub singozyn (hydro-
fobowe ogony), poniewa\
w ich strukturze brak atomów lub grup obdarzonych
ładunkiem, dlatego nie mogą tworzyć wiązań z cząsteczkami wody. Fosfolipidy
umieszczone w wodzie podlegają wpływowi dwóch sprzecznie działających sił.
Hydrofilowe głowy poszczególnych cząsteczek fosfolipidów są przyciągane przez
wodę, natomiast ich hydrofobowe ogony, unikając wody, oddziaływują wzajemnie,
agregują na zasadzie ogon z ogonem, tworząc upakowaną, hydrofobową przestrzeń
wewnętrzną dwuwarstwy lipidowej. Dwuwarstwa fosfolipidowa jest tak uło\
ona w
błonie, \
e hydrofilowe głowy poszczególnych fosfolipidów są skierowane zawsze
do środowiska wodnego.
Dwuwarstwa lipidowa jest płynna. Stopień jej płynności zale\
y od tempera-
tury, a w danej temperaturze, od składu lipidowego, zwłaszcza od rodzaju kwasów
tłuszczowych. Dwuwarstwy lipidowe są tym bardziej płynne, im więcej zawierają
nienasyconych łańcuchów węglowodorowych, których upakowanie nie jest ścisłe,
ze względu na ich wygięcie w miejscu podwójnego wiązania. Nasycone ogony
węglowodorowe zmniejszają płynność dwuwarstwy, która dzięki nim jest bardziej
upakowana. Jej płynność zale\
y od długości ogonów węglowodorowych, im dłu\
-
sze są łańcuchy, tym dwuwarstwa bardziej upakowana, mniej płynna. Krótsze łań-
205
cuchy węglowodorowe, to mniejsze wzajemne oddziaływania hydrofobowe mię-
dzy ogonami, przez co większa płynność dwuwarstwy.
Na płynność dwuwarstwy ma wpływ zawartość cholesterolu, który nieobec-
ny jest w błonach bakterii, dro\
d\
y i roślin. U roślin zamiast cholesterolu występu-
je kilka innych steroidów, głównie ²-sitosterol i stigmasterol, ró\
niÄ…cych siÄ™ od
cholesterolu tylko bocznymi łańcuchami alifatycznymi. Cholesterol w du\
ej ilości
stwierdza się w dwuwarstwie lipidowej u zwierząt, z wyjątkiem błon mitochon-
drialnych. Najobfitsza w cholesterol jest błona komórkowa. W dwuwarstwie lipi-
dowej cholesterol wypełnia wolne przestrzenie między cząsteczkami fosfolipidów
powstałe na skutek obecności wygiętych ogonów nienasyconych łańcuchów wę-
glowodorowych. Cholesterol usztywnia dwuwarstwę lipidową, zmniejszając płyn-
ność i przepuszczalność.
Własności amfipatyczne fosfolipidów i glikolipidów le\
Ä… u podstaw ich
zdolności do samoorganizacji w dwuwarstwy lipidowe, gdy znajdują się w środo-
wisku wodnym. Dwuwarstwy lipidowe mają zdolność samozasklepiania się. Sa-
206
mozasklepianie niweluje otwarte hydrofobowe krawędzie dwuwarstwy, które by-
łyby wystawiane na niekorzystne energetycznie oddziaływanie z wodą. Dwuwar-
stwy lipidowe mogą zamykać się w małe pęcherzyki z hydrofilnym przedziałem
wewnętrznym. Takie zamknięte struktury (liposomy) są bardziej stabilne, ponie-
wa\
uniemo\
liwiają kontakt hydrofobowych ogonów węglowodorowych z wodą.
Liposomy są sztucznymi pęcherzykami dwuwarstwy lipidowej, które posiadają
wewnątrz zamkniętą część roztworu wodnego, w którym zostały utworzone.
przekrój poprzeczny liposomu
Skład roztworu wodnego stosowany do wytwarzania liposomów mo\
e być
ró\
ny, mo\
na umieszczać w nim te substancje, które chcemy zamknąć wewnątrz
liposomów.
Skład lipidowy błony liposomalnej (w zakresie typów fosfolipidów, obecno-
ści glikolipidów, cholesterolu) mo\
na łatwo zmieniać, dostosowując do potrzeb.
Mo\
liwe jest wbudowanie nawet funkcjonalnego białka błonowego w dwuwarstwę
lipidowÄ… liposomu.
Średnica liposomów mo\
e wynosić od 20 nm do 10 µm, przy gruboÅ›ci poje-
dynczej dwuwarstwy lipidowej wynoszÄ…cej 5 6 nm. NajwiÄ™ksze (400 nm 10 µm)
są liposomy wielowarstwowe, które tworzy od kilku do kilkunastu wewnętrznych
przestrzeni wodnych oddzielonych od siebie zamkniętymi, koncentrycznymi dwu-
warstwami fosfolipidowymi. Du\
e jednowarstwowe liposomy mają średnicę w gra-
nicach 50 nm 1 µm, a maÅ‚e jednowarstwowe 20 30 nm.
Liposomy sÄ… u\
ytecznymi modelami in vitro w badaniach struktury, właści-
wości fizyko-chemicznych i funkcji błon biologicznych. Ponadto, liposomy mogą
być wykorzystywane do wprowadzania ró\
norodnych substancji w nich zamkniÄ™-
tych, w tym leków, do komórek. Połączenie (fuzja) liposomów z błonami komór-
kowymi sprawia, \
e substancje uprzednio zamknięte w liposomach dostają się do
wnętrza komórki.
207
IZOPRENOIDY
Izoprenoidy i ich pochodne  steroidy są zespołami strukturalnie ró\
norod-
nych, hydrofobowych związków nierozpuszczalnych w wodzie, za to rozpuszczal-
nych w tłuszczach i rozpuszczalnikach organicznych. Zwykle są ekstrahowane
z tkanek wraz z lipidami, ale stanowią tzw. frakcję niezmydlających się lipidów.
Izoprenoidy stanowiÄ… du\
ą grupę związków szczególnie obficie występują-
cych w roślinach. Nale\
ą do nich składniki olejków eterycznych, \
ywic, pochodne
karotenowców, witaminy A, E, K, kauczuk, regulatory wzrostu roślin  cytokininy,
gibereliny i kwas abscysynowy.
Pokrewieństwo izoprenoidów i sterydów wynika ze wspólnego, początko-
wego etapu ich szlaku biosyntetycznego, który ostatecznie rozchodzi się. Zarówno
izoprenoidy, jak i sterydy pochodzą z aktywnej pięciowęglowej jednostki zwanej
pirofosforanem izopentenylu lub jej formy izomerycznej, zwanej pirofosforanem
3,3-dimetyloallilu. Aktywna jednostka pięciowęglowa pochodzi natomiast z kon-
densacji trzech czÄ…steczek aktywnego octanu (acetylo-S-CoA) z wytworzeniem
kolejno, acetoacetylo-S-CoA, 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-S-CoA (HMG-CoA)
i mewalonianu.
Mewalonian, stopniowo fosforylowany (kosztem 3ATP), dekarboksylowany
ostatecznie zostaje przekształcony w pirofosforan izopentenylu, który sam nie jest
zdolny do wzajemnej kondensacji, dlatego następuje jego izomeryczna przemiana
do pirofosforanu 3,3-dimetyloallilu.
- -
CH3 O O CH3
C C CH2 CH2 O P O P O H3C C CH2 CH2 O
H2 P ~ P
- -
O O
pirofosforan izopentenylu pirofosforan 3,3-dimetyloallilu
Kondensacja tych pięciowęglowych jednostek (lub ich wielokrotności) pro-
wadzi do powstawania rozgałęzionych, nienasyconych łańcuchów węglowodoro-
wych lub związków cyklicznych, zwanych terpenami, czyli związków zbudowa-
nych z wielokrotnych jednostek izoprenylowych, z ewentualnymi dalszymi ich
modyfikacjami.
CH3
ćł
 CH2 C=CH CH2
jednostka izoprenylowa
Hemiterpeny, najprostsze związki z grupy terpenów, są pochodnymi poje-
dynczej jednostki izoprenylowej, nale\
ą do nich np. cytokininy roślinne. Mono-
208
terpeny składają się z dwóch jednostek izoprenylowych, czyli z dziesięciu atomów
węgla (C10), np. pirofosforan geranylu, który jest metabolitem pośrednim w synte-
zie dolicholi, skwalenu i sterydów; u roślin przedstawicielami ich są ró\
ne olejki
eteryczne. Seskwiterpeny składają się z trzech jednostek izoprenylowych, zatem
z C15, np. pirofosforan farnezylu, który jest metabolitem pośrednim w syntezie
dolicholi, skwalenu i sterydów; u roślin ich przedstawicielami są ró\
ne olejki ete-
ryczne.
CH3 CH3 CH3
O ~ P
P
H3
C
pirofosforan farnezylu (seskwiterpen)
Diterpeny zawierajÄ… cztery jednostki izoprenylowe (C20), nale\
y do nich fi-
tol obecny w chlorofilu i witaminie E, diterpenami sÄ… te\
witaminy A, retinal, kwas
retinojowy. Ponadto są związkami prekursorowymi w syntezie karotenowców
i ksantofili.
CH3 CH3 CH3 CH3
CH2OH
H3C
fitol (diterpen)
Triterpeny zawierają sześć jednostek izoprenylowych (C30), np. mo\
e je re-
prezentować skwalen, który jest ostatnim izoprenoidem łańcuchowym w szlaku
syntezy cholesterolu.
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
CH3
H3
C
skwalen (triterpen)
Skwalen po cyklizacji do lanosterolu mo\
e przekształcić się w cholesterol,
lub jest prekursorem w szlaku syntezy łańcuchowych dolicholi. Stanowi on skład-
nik oleju z wÄ…troby rekina. Tetraterpeny zawierajÄ… osiem jednostek izoprenylo-
wych (C40), nale\
Ä… do nich karotenowce (np. ²-karoten jako prowitamina A)
i ksantofile, które zawierają układ sprzę\
onych wiązań podwójnych (na ogół all-
-trans) odpowiedzialnych za barwę tych hydrofobowych barwników roślinnych.
209
H3C
H3C CH3 CH3 CH3
H3C CH3 CH3 CH3
CH3
² karoten (tetraterpen)
Grupę poliizoprenoli tworzą związki o długości łańcucha powy\
ej 20 ato-
mów węgla, czyli począwszy od diterpenów.
O- CH3 CH3 CH3
-O P O CH2 CH2 CH CH2 (CH2 CH C CH2)n CH2 CH C CH3
O- H
n=15-19
fosfodolichol (poliizoprenol)
A
ańcuchowymi poliizoprenolami są dolichole (C85-C105), najdłu\
sze natural-
ne węglowodorowe łańcuchy, występujące w błonach szorstkiej siateczki śródpla-
zmatycznej u zwierząt i roślin. Fosfodolichole pełnią rolę przenośników aktywnych
form monocukrów, np. mannozy i glukozy podczas syntezy prekursorowych N-
-glikanów w cyklu fosfodolicholowym. Difosforan dolicholu jest nośnikiem pre-
kursorowego oligosacharydu, głównego donora w reakcji N-glikozylacji białek. Do
poliizoprenoli nale\
ą równie\
ubichinony, witaminy E i K oraz kauczuk. Ten
ostatni utworzony jest z ponad 1000 jednostek izoprenylowych.
O OH
H3C O CH3 2H+ + 2e H3C O CH3
4
H H
1
H3C O CH2 C C CH2 H H3C O CH2 C C CH2 H
O OH
CH3 6-10 CH3 6-10
2H+ + 2e
ubichinon ubihydrochinon
Ubichinony są przenośnikami elektronów i protonów w łańcuchu oddecho-
wym. Strukturalnie ró\
nią się między sobą liczbą jednostek izoprenylowych, któ-
rych w czÄ…steczce mo\
e być od 5 do 10. Kręgowce i rośliny wy\
sze zawierajÄ… ubi-
chinon z 10 jednostkami izoprenylowymi (Q10), natomiast ni\
sze zwierzęta i rośli-
ny częściej zawierają ubichinon składający się z 6 jednostek izoprenylowych (Q6).
STEROIDY
Sterydy zawierają wspólny wielopierścieniowy element strukturalny zwany
steranem, czyli cyklopentanoperhydrofenantrenem. Steran zawiera cztery połączo-
210
ne ze sobą pierścienie, które oznacza się literami A, B, C, D. Sposób numerowania
atomów węgla we wzorach sterydów został przedstawiony na rycinach. Do pier-
ścieni steranu przyłączone są podstawniki metylowe, jedna grupa metylowa C18
jest połączona z atomem C13, a druga grupa metylowa C19 łączy się z atomem
C10, obie usytuowane są ponad płaszczyzną wyznaczoną przez cztery pierścienie.
Zgodnie z przyjętą konwencją do pozycji grupy metylowej przy C10 odnosi się
konfigurację przestrzenną wszystkich podstawników, włącznie z atomami wodoru
w miejscach połączenia pierścieni. We wszystkich sterydach naturalnych, z wyjąt-
kiem glikozydów nasercowych, pierścienie B i C oraz C i D są połączone ze sobą
w pozycji trans, natomiast połączenie między pierścieniami A i B mo\
e być ró\
ne.
3-beta-hydroksy 3-alfa-hydroksy
10,13-dimetylosteran
Poło\
enie podstawnika w pozycji ², czyli ponad pÅ‚aszczyznÄ… wyznaczonÄ…
przez cztery pierścienie steranu, przedstawia się linią ciągłą. Wówczas ma on poło-
\
enie cis w stosunku do grupy metylowej przy C10, jak np. w 3-²-hydroksy-10,13-
-dimetylosteranie. Poło\
enie podstawnika w pozycji ą, czyli pod płaszczyzną wy-
znaczoną przez cztery pierścienie steranu, przedstawia się linią przerywaną lub
kropkowaną. Wówczas ma on poło\
enie trans w stosunku do grupy metylowej
przy C10, jak np. w 3-Ä…-hydroksy-10,13-dimetylosteranie.
wodór 5-beta wodór 5-alfa
konformacja cis konformacja trans
cis trans
pierścieni A i B
W przypadku, gdy atom wodoru przy C5 (miejscu połączenia pierścieni A
i B) jest w poło\
eniu ą to pierścienie A i B sterydu łączą się w konformacji trans.
211
Jeśli natomiast wodór jest w poło\
eniu ², to pierÅ›cienie Å‚Ä…czÄ… siÄ™ w konformacji
cis. Konformacja cis pierścieni A i B jest charakterystyczna dla soli kwasów \
ół-
ciowych, a trans dla tych hormonów steroidowych, które mają atom wodoru przy
C5. Je\
eli brak atomu wodoru przy C5 (gdy jest wiązanie podwójne), wówczas
w tym steroidzie nie występuje izomeria połączenia pierścieni A i B, jak np. w cho-
lesterolu.
Biologicznie wa\
nymi sterydami sÄ… sterole, kwasy \
ółciowe i hormony ste-
roidowe. Ró\
nice strukturalne między nimi dotyczą podstawników i poło\
enia
wiązań podwójnych. Wiele sterydów posiada grupę hydroksylową lub ketonową
przy C3 i łańcuch węglowodorowy lub jego tlenową pochodną przy C17, poza
grupami metylowymi. Wiązania podwójne najczęściej występują przy C4 lub C5
i dodatkowo przy C7.
Sterole
Najwa\
niejszy sterol zwierzęcy to cholesterol, który mo\
e mieć pochodzenie
egzogenne (z pokarmu) lub endogenne, poniewa\
jest syntetyzowany de novo,
głównie w wątrobie. W płynach ustrojowych transportowany jest w lipoproteinach.
Występuje we wszystkich komórkach zwierzęcych jako składnik błon biologicz-
nych, z wyjątkiem błon mitochondrialnych, natomiast w cytoplazmie obecny jest
w postaci estrów cholesterolu z kwasami tłuszczowymi. Najbogatsze w cholesterol
są nadnercza i mózg. Stwierdza się go równie\
w osłonkach mielinowych. Nadmiar
cholesterolu staje siÄ™ szkodliwy dla organizmu, gdy\
przyspiesza rozwój zmian
mia\
d\
ycowych w naczyniach krwionośnych. W hipercholesterolemii (wysoki
poziom cholesterolu we krwi) znacznie wzrasta ilość niekorzystnych lipoprotein
bogatych w cholesterol (LDL), które sprzyjają odkładaniu cholesterolu w ścianach
naczyń krwionośnych. Jego nadmiar mo\
e być odkładany w postaci kamieni \
ół-
ciowych.
Cholesterol jest cyklicznym, nienasyconym jednowodorotlenowym alkoho-
lem. Grupa hydroksylowa znajduje się przy atomie C3 w poło\
eniu beta, a wiÄ…za-
nie podwójne (między C5 i C6) w pierścieniu B.
cholesterol
212
Poza dwoma podstawnikami metylowymi (przy C10 i C13) występuje rów-
nie\
ośmiowęglowy łańcuch węglowodorowy (przy C17). Struktura wielopierście-
niowa cholesterolu jest sztywna i ma charakter hydrofobowy, podobnie jak ośmio-
węglowy podstawnik węglowodorowy. Rejon polarny w cząsteczce cholesterolu
stanowi jedynie grupa hydroksylowa przy atomie C3, będąca hydrofilową  głów-
kÄ… czÄ…steczki. Cholesterol rozpuszcza siÄ™ w chloroformie, eterze i benzenie.
W skórze człowieka z cholesterolu powstaje 7-dehydrocholesterol, inny ste-
rol, który jest prowitaminą D3. W reakcji fotochemicznej, pod wpływem słonecz-
nego promieniowania ultrafioletowego, w czÄ…steczce 7-dehydrocholesterolu nastÄ™-
puje fotoliza wiązania między atomami C9 a C10, skutkiem czego jest przestawie-
nie wiązań podwójnych i wytworzenie prewitaminy D3. Następnie spontaniczna
izomeryzacja prowadzi do wytworzenia witaminy D3, czyli cholekalcyferolu. Na-
tomiast w wÄ…trobie i nerkach witamina D3 ulega kolejnym reakcjom hydroksylacji,
które doprowadzają do wytworzenia hormonu witaminowego, tzw. kalcytriolu,
czyli 1,25-dihydroksycholekalcyferolu.
Witaminy D i kalcytriol utrzymujÄ… homeostazÄ™ wapniowo-fosforanowÄ…
w organizmie poprzez stymulujące działanie na jelitowe wchłanianie z pokarmu,
213
na odkładanie w (lub resorpcję z) kościach oraz absorpcję w nerkach. Dlatego wi-
taminy D (współdziałając z parathormonem) zapewniają utrzymanie ściśle okre-
ślonego, w miarę stałego stę\
enia wapnia we krwi. Spadek stÄ™\
enia wapnia we
krwi mo\
e być uzupełniany, poniewa\
hormon witaminowy, kalcytriol, sprzyja
resorpcji wapnia z kości, szybko sprowadzając stę\
enie wapnia w płynach ustrojo-
wych do fizjologicznie stałego poziomu. Niedobór witaminy D zmniejsza wchła-
nianie wapnia w jelicie cienkim, absorpcję wapnia i fosforanów w nerkach oraz
ich zawartość we krwi. Konsekwencją jest demineralizacja kości, która u dzieci
prowadzi do krzywicy, a u dorosłych do osteomalacji, czyli zmiękczenia kości.
Kwasy \
ółciowe
Kwasy \
ółciowe powstają z cholesterolu w wątrobie. Głównym etapem
ograniczającym nasilenie szlaku syntezy kwasów \
ółciowych jest 7-ą-hydroksy-
lacja cholesterolu zale\
na od obecności tlenu cząsteczkowego, NADPH+H+, cyto-
chromu P-450 i witaminy C. W wyniku tej reakcji powstaje 3,7-Ä…-dihydroksyko-
prostanian, czyli kwas chenodeoksycholowy. Dalsza 12-Ä…-hydroksylacja prowadzi
do wytworzenia 3,7,12-ą-trihydroksykoprostanianu, czyli kwasu cholowego, który
jest głównym kwasem \
ółciowym u człowieka.
kwas chenodeoksycholowy kwas cholowy
Niedobór witaminy C mo\
e zaburzyć tworzenie kwasów \
ółciowych, czego
konsekwencjÄ… jest spichrzenie cholesterolu oraz mia\
d\
yca naczyń, doświadczalnie
udokumentowane u świnek morskich chorych na gnilec.
Kwasy \
ółciowe w wątrobie przekształcane są w sole \
ółciowe po połącze-
niu z grupÄ… aminowÄ… glicyny lub tauryny (H2N-CH2-CH2-SO3-).
Glikocholan, glikochenodeoksycholan, taurochenodeoksycholan, taurocho-
lan sÄ… pierwotnymi kwasami \
ółciowymi, występującymi w postaci soli, które są
magazynowane i zagęszczane w pęcherzyku \
ółciowym, zanim zostaną wydzielo-
ne do jelita cienkiego. Sole \
ółciowe stanowią główną postać wydzielania choleste-
rolu, mają własności amfipatyczne, czyli wykazują powinowactwo zarówno do
środowiska hydrofilnego, jak i hydrofobowego, poniewa\
ich czÄ…steczki zawierajÄ…
regiony polarne, a tak\
e hydrofobowe. Dzięki temu są bardzo skutecznymi natural-
214
nymi detergentami, które obni\
ając napięcie powierzchniowe cieczy, emulgują
tłuszcze pokarmowe (czyli rozbijają na bardzo maleńkie kropelki o du\
ej po-
wierzchni w stosunku do małej masy) w jelicie cienkim. Emulgacja tłuszczów
zwiększa ich powierzchnię kontaktu ze środowiskiem wodnym jelita, w którym
znajduje się lipaza trzustkowa, ułatwiając jej w ten sposób dostęp do substratu
i trawienie tłuszczów. Ponadto, sole \
ółciowe są niezbędne do wchłaniania w je-
licie witamin rozpuszczalnych w tłuszczach (A,D,E,K).
glikochenodeoksycholan taurochenodeoksycholan
glikocholan taurocholan
Wtórne kwasy \
ółciowe powstają w jelicie dzięki aktywności bakterii jeli-
towych. Reakcje te polegajÄ… na dekoniugacji, czyli odszczepieniu glicyny lub tau-
ryny oraz na 7-dehydroksylacji. Wtórnym kwasem \
ółciowym powstającym z gli-
ko- lub taurocholanu jest kwas deoksycholowy. Wtórny kwas litocholowy powstaje
z gliko- lub taurochenodeoksycholanu. Wtórne kwasy \
ółciowe w 98 99% wracają
do wątroby, dzięki wchłanianiu zwrotnemu, wyłącznie w jelicie krętym, tylko nie-
wielka ich ilość, rzędu 1 2%, jest wydalaną wraz z kałem.
215
kwas deoksycholowy kwas litocholowy
Hormony steroidowe
Cholesterol jest prekursorem pięciu głównych klas hormonów steroidowych.
cholesterol (C27)
pregnenolon (C21)
progestageny (C21)
androgeny
glukokortykoidy
(C19)
(C21)
mineralokortykoidy
(C21)
estrogeny
(C18)
Cholesterol jako prekursor hormonów steroidowych
Głównymi miejscami ich powstawania są: ciałko \
ółte, a podczas cią\
y Å‚o-
\
ysko dla progestagenów, jajnik dla estrogenów, jądra dla androgenów i kora nad-
nerczy dla glukokortykoidów i mineralokortykoidów.
Progesteron, główny gestagen, powstaje z pregnenolonu w wyniku utlenie-
nia jego grupy 3-hydroksylowej do grupy 3-ketonowej, a ponadto w wyniku izo-
meryzacji podwójnego wiązania "5 do wiązania "4. Progesteron odpowiedzialny
jest za zmiany w endometrium macicy, przygotowujące do implantacji zapłodnio-
nej komórki jajowej podczas fazy lutealnej cyklu płciowego. Ponadto, progesteron
216
hamuje dojrzewanie pęcherzyków jajnikowych i uwalnianie folitropiny (FSH).
Progesteron Å‚o\
yskowy przyczynia siÄ™ do utrzymania ciÄ…\
y. Jednocześnie pro-
gesteron jest metabolitem pośrednim w syntezie wszystkich pozostałych hormo-
nów steroidowych.
pregnenolon progesteron
Kortyzol, główny glukokortykoid, powstaje z progesteronu w wyniku jego
hydroksylacji przy atomach C17, C21 i C11, przy czym atom C17 musi być 17-ą-
-hydroksylowany przed atomem C21. Jeśli jednak najpierw nastąpi hydroksylacja
przy atomie C21, to nie powstanie kortyzol, lecz po 11-²-hydroksylacji (C11)
otrzymujemy kortykosteron. Utlenienie w kortyzolu grupy 11-hydroksylowej do
grupy 11-ketonowej przekształca go w kortyzon.
kortyzol kortyzon
kortykosteron
217
Glukokortykoidy, wyra\
one aktywnością biologiczną głównego hormonu
u człowieka, kortyzolu, stymulują glukoneogenezę, szczególnie z aminokwasów,
gdy\
jednocześnie zwiększają rozkład białek w tkankach pozawątrobowych, szcze-
gólnie w mięśniach. Wywołują wzrost poziomu glukozy we krwi i pobudzają two-
rzenie glikogenu. Zwiększają rozkład tłuszczy w tkance tłuszczowej. Hamują reak-
cje immunologiczne, procesy zapalne i alergiczne. Wydzielane sÄ… w du\
ych ilo-
ściach w czasie stresu, umo\
liwiajÄ…c adaptacjÄ™ organizmu i przetrwanie stresu.
U człowieka kortykosteron wydzielany jest w ilościach kilkakrotnie mniejszych od
kortyzolu, chocia\
u niektórych zwierząt (królik, szczur) stanowi główny glukokor-
tykoid. Nadmiar kortykosteronu w organizmie działa niszcząco na dzielące się
komórki chrząstki w nasadach kości długich i hamuje wzrost młodych zwierząt.
Kortyzon nale\
y do środków immunosupresyjnych, stosowanych przy przeszcze-
pach.
Główny mineralokortykoid, aldosteron, powstaje z progesteronu poprzez
metabolit pośredni  kortykosteron. Utlenienie w kortykosteronie grupy metylowej
C18 do aldehydu dostarcza aldosteronu.
aldosteron
Aldosteron zwiększa resorpcję zwrotną Na+ przez kanaliki nerkowe, tym
samym zapobiega nadmiernemu wydalaniu jonów sodu, natomiast zwiększa wyda-
lanie jonów K+ i H+ z moczem. Przeciwdziała równie\
nadmiernej utracie wody z
komórek i tkanek, utrzymując odpowiednie ich środowisko osmotyczne.
Androgeny zawierają tylko 19 atomów węgla, dlatego podczas ich syntezy
z progesteronu usuwane są dwa atomy węgla, C20 i C21. Następuje to po reakcji
17-hydroksylacji, w wyniku której powstaje 17-ą-hydroksyprogesteron, z którego
dopiero odszczepiany jest dwuwęglowy łańcuch boczny i ostatecznie powstaje
androgen, androstendion.
Główny i najsilniejszy androgen, testosteron, tworzony jest z androstendio-
nu w reakcji redukcji grupy ketonowej do grupy hydroksylowej przy atomie C17.
Androsteron, znacznie mniej aktywny androgen, posiada grupÄ™ hydroksylowÄ…
przy atomie C3 i strukturalnie tylko tym ró\
ni siÄ™ od androstendionu, posiadajÄ…ce-
218
go grupę ketonową w tej pozycji. Redukcja w pierścieniu A inaktywuje męskie
hormony, takim metabolitem jest właśnie androsteron.
androstendion testosteron
Androgeny, męskie hormony płciowe, wytwarzane głównie w komórkach
Leydiga jąder, decydują o wykształceniu się cech charakterystycznych dla osobni-
ka męskiego i wpływają na rozwój drugorzędowych cech płciowych męskich. An-
drogeny, szczególnie testosteron, mają działanie anaboliczne w mięśniach, stymu-
lują biosyntezę białek, zmniejszając ich rozpad. Testosteron odpowiedzialny jest za
normalny przebieg spermatogenezy i dojrzewania plemników. Androgeny wytwa-
rzane są równie\
w korze nadnerczy u obu płci (androstendion) oraz w małych
ilościach w jajnikach u osobników \
eńskich jako metabolity pośrednie w procesie
syntezy estrogenów.
Estrogeny, \
eńskie hormony płciowe, powstają w pęcherzykach jajniko-
wych z androgenów w reakcji tworzenia aromatycznego pierścienia A, z towarzy-
szącym usunięciem grupy metylowej C19 przy atomie C10. Dzięki aromatyzacji
pierścienia A grupa hydroksylowa przy atomie C3 nabiera charakteru fenolowego.
W ten sam sposób równie\
powstaje znaczna ilość estrogenów poza jajnikami,
w tkankach obwodowych (np. w tkance tłuszczowej, skórze, wątrobie), u mę\
-
czyzn głównie z testosteronu, a u kobiet z androgenów nadnerczowych. Reakcje te
wymagajÄ… O2 i NADPH+H+.
estron estradiol
estriol
219
Estron powstaje z androstendionu, natomiast estradiol z testosteronu. Inny
estrogen, estriol, tym ró\
ni siÄ™ od estradiolu, \
e posiada dodatkowÄ… grupÄ™ 16-Ä…-hy-
droksylowÄ… przy atomie C16. Najbardziej aktywnym biologicznie hormonem jest
estradiol, kilkakrotnie słabszym  estron, od którego około stukrotnie słabszym jest
estriol.
Estrogeny odpowiedzialne są za: rozwój drugorzędowych cech płciowych
\
eńskich, \
eńskie zachowanie się, cykliczne zmiany w nabłonku płciowym, endo-
metrium macicy, gruczołach sutkowych oraz warunkują prawidłowy przebieg cy-
klu płciowego.
220